Gli azionamenti a frequenza variabile migliorano l’efficienza?

Comunemente, il consumo di energia e l'efficienza sono indicati in modo intercambiabile con le pompe, in particolare quando viene aggiunto un convertitore di frequenza (VFD) per variare la velocità del motore e della pompa. In realtà, l'aggiunta di un VFD mantenendo tutto il resto costante, non modificherà l'efficienza della pompa (η) e ridurrà effettivamente l'efficienza complessiva (ηOA).

Rappresentato nell'immagine 1 e nell'equazione 1, l'efficienza della pompa è il rapporto tra la potenza in uscita della pompa (Pw – funzione di portata e prevalenza) e la potenza in ingresso della pompa (P), che non sono influenzati dal VFD a meno che la velocità non venga aumentata o diminuita.

Ora, se consideriamo l'efficienza complessiva, che nell'immagine 1 è il rapporto tra la potenza in uscita della pompa (Pw - freccia rossa piccola) e la potenza in ingresso del controllo (VFD) (PDrive - freccia rossa grande), possiamo vedere che l'efficienza complessiva diminuirà a causa alle perdite attraverso il VFD, con conseguente maggiore potenza nel VFD che nel motore. Ci saranno anche aumenti incrementali delle perdite del motore dovute alla potenza del VFD, che generalmente sono minori e non illustrati.

L'efficienza dei VFD è elevata, quindi le perdite sono spesso modeste (~3%), che possono essere ampiamente controbilanciate dall'efficienza del controllo del sistema. La discussione precedente sulla riduzione dell'efficienza complessiva quando si aggiunge un VFD, tuttavia, non significa che il consumo energetico aumenterà poiché lo scopo di un VFD è controllare la velocità della pompa e modificare il punto di funzionamento (prevalenza e portata), che modificherà la potenza in uscita e potenza in ingresso della pompa.

L'esame dell'immagine 2 rivela come le prestazioni della pompa (prevalenza e potenza rispetto al flusso) cambiano con la velocità e perché l'uso dei VFD per ridurre la velocità spesso riduce il consumo energetico, anche se l'efficienza della pompa e l'efficienza complessiva diminuiscono.

L'immagine 2 mostra un sistema di pompaggio a velocità variabile progettato per una portata massima di 19,1 milioni di litri al giorno (ML/d) e 95 metri (m) di prevalenza al 100% della velocità e una portata minima di 10,4 ML/d e 66 m di testa all'80% della velocità. L'efficienza della pompa in realtà diminuisce dal punto di migliore efficienza (BEP) dell'84,5% alla portata massima di progetto fino all'80% alla portata minima di progetto.

Tuttavia, la potenza in ingresso della pompa in kilowatt (kW) diminuisce da circa 245 kW a 100 kW. Al contrario, se il proprietario del sistema decidesse di utilizzare una valvola di controllo (invece di utilizzare un VFD per ridurre la velocità) per ridurre la portata, il sistema funzionerebbe al 100% di prevalenza della velocità di 108 m (potenza = 175 kW) rispetto a 66 m (potenza = 100 kW) all'80% della velocità. Questo esempio dimostra che il consumo energetico è molto più importante dell’efficienza della pompa.

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